Ontwikkelingstrend van nieuwe generatie elektronenmicroscoop
1. Krachtige veldemissiekanon-elektronenmicroscopen worden steeds populairder en worden steeds vaker toegepast. De transmissie-elektronenmicroscoop van het veldemissiekanon kan een elektronenlichtbron met hoge helderheid en hoge coherentie leveren. Daarom kunnen de atomaire rangschikking en soorten materialen uitgebreid worden geanalyseerd op atomaire nanometerschaal. Halverwege de-1990jaren waren er slechts enkele tientallen eenheden in Taiwan; nu is het gestegen tot duizenden. Momenteel zijn er in ons land meer dan honderd transmissie-elektronenmicroscopen met veldemissiekanonnen. Conventionele scanning-elektronenmicroscopen met hete wolfraamgloeidraad (elektronen) kunnen slechts een resolutie van maximaal 3,0nm bereiken; de nieuwe generatie scanning-elektronenmicroscopen met veldemissiekanonnen kan een resolutie hebben die beter is dan 1,0nm; De resolutie is zo hoog als 0.5nm-0.4nm. Onder hen kan de omgevingsscanning-elektronenmicroscoop bereiken: echte "omgevings" -omstandigheden, monsters kunnen worden waargenomen onder 100 procent vochtigheid; biologische monsters en niet-geleidende monsters hoeven niet te worden gecoat en kunnen direct op de machine worden geplaatst voor dynamische observatie en analyse; Drie toepassingen van de machine". Drie werkmodi van hoog vacuüm, laag vacuüm en "ambient".
2. Er moet worden gestreefd naar de ontwikkeling van een nieuwe generatie monochromatoren en correctors voor sferische aberratie om de resolutie van elektronenmicroscopen verder te verbeteren. Sferische aberratiecoëfficiënt: de sferische aberratiecoëfficiënt Cs van de conventionele transmissie-elektronenmicroscoop is ongeveer mm; de sferische aberratiecoëfficiënt van de huidige transmissie-elektronenmicroscoop is teruggebracht tot Cs<0.05mm. Chromatic aberration coefficient: the chromatic aberration coefficient of the conventional transmission electron microscope is about 0.7; The chromatic aberration coefficient of the TEM has been reduced to 0.1. Field emission transmission electron microscopy, STEM technology, and energy filtering electron microscopy have become analytical means and tools for material science research, and even biomedicine. The spherical aberration corrector of the objective lens improves the resolution of the field emission transmission electron microscope to the information resolution. That is, it improves from 0.19nm to 0.12nm or even less than 0.1nm. Using a monochromator, the energy resolution will be less than 0.1eV. But the beam current of the monochromator is only about one tenth of that without a monochromator. Therefore, while using a monochromator , but also to consider the reduction of the beam current of the monochromator. While the spherical aberration corrector of the condenser improves the resolution of STEM to less than 0.1nm, the spherical aberration corrector of the condenser increases the beam current by at least 10 times, which is very beneficial to improve the spatial resolution. While correcting the spherical aberration, the chromatic aberration increases by about 30%. Therefore, while correcting the spherical aberration, the chromatic aberration should also be considered.
3. Elektronenmicroscoopanalyse evolueert naar automatisering en netwerken. Wat instrumenten en apparatuur betreft, heeft het huidige besturingssysteem van de scanning-elektronenmicroscoop een gloednieuwe bedieningsinterface gebruikt. De gebruiker hoeft alleen maar op de muis te drukken om de besturing van de lenscilinder en elektrische onderdelen van de elektronenmicroscoop te realiseren, evenals het automatische geheugen en de aanpassing van verschillende parameters. Tussen verschillende regio's kunnen demonstraties zoals het verplaatsen van monsters, het wijzigen van beeldvormingsmodi en het aanpassen van elektronenmicroscoopparameters worden uitgevoerd via het netwerksysteem. Om de afstandsbediening van de elektronenmicroscoop te realiseren.
4. De belangrijke toepassing van de elektronenmicroscoop bij de studie van nanomaterialen. Aangezien de analysenauwkeurigheid van de elektronenmicroscoop dicht bij de atomaire schaal ligt, kan het gebruik van een transmissie-elektronenmicroscoop met een veldemissiekanon en een elektronenstraal met een diameter van 0.13nm niet alleen het Z-contrastbeeld van een enkele atoom, maar verzamel ook de elektronenenergie van een enkel atoomverliesspectrum. Dat wil zeggen, de elektronenmicroscoop kan tegelijkertijd de atomaire en elektronische structuurinformatie van materialen op atomaire schaal verkrijgen. Het observeren van individuele atoombeelden in monsters is altijd een langdurig streven geweest van de wetenschappelijke gemeenschap. De diameter van een atoom is ongeveer 2-3mm in 10 miljoenste. Om de positie van elk atoom te kunnen onderscheiden, is daarom een elektronenmicroscoop met een resolutie van ongeveer 0,1 nm nodig, en moet deze ongeveer 10 miljoen keer worden vergroot. Er wordt voorspeld dat wanneer de schaal van het materiaal wordt gereduceerd tot nanoschaal, de optische, elektrische en andere fysieke en mechanische eigenschappen van het materiaal uniek kunnen zijn. Daarom zijn de bereiding van nanomaterialen zoals nanodeeltjes, nanobuizen en nanodraden, evenals het onderzoek naar de relatie tussen hun structuren en eigenschappen, een onderzoekshotspot geworden waar mensen veel aandacht aan hebben besteed. Met behulp van een elektronenmicroscoop, meestal op een transmissie-elektronenmicroscoop met een ultrahoog vacuümveldemissiepistool boven 200 KV, kunnen elektronenmicroscoopbeelden met hoge resolutie van nanofasen en nanodraden, elektronendiffractiepatronen en elektronenenergieverliesspectra van nanomaterialen worden waargenomen. Op de elektronenmicroscoop werden bijvoorbeeld koolstofnanobuisjes met een binnendiameter van 0,4 nm, Si-CN-nanostaafjes en met Li gedoteerde Si-halfgeleider nanodraden waargenomen. Op het gebied van biogeneeskunde, nano-colloïdaal goudtechnologie, nano-selenium-capsules voor de gezondheidszorg, organelstructuren op nano-niveau en nano-robots die zo klein kunnen zijn als bacteriën, bloedconcentraties in bloedvaten bewaken en bloedstolsels in bloed verwijderen Van schepen kan worden gezegd dat het allemaal onderzoeken zijn. Onafscheidelijk van de gereedschapselektronenmicroscoop. Kortom: SEM en TEM worden steeds belangrijker in de materiaalkunde, in het bijzonder de nanotechnologie. Door de verbeterde stabiliteit en bruikbaarheid is de elektronenmicroscoop niet langer een instrument dat door enkele experts wordt gebruikt, maar een populair hulpmiddel; hogere resolutie is nog steeds de belangrijkste richting voor de ontwikkeling van de elektronenmicroscoop; de toepassing van scanning-elektronenmicroscoop en transmissie-elektronenmicroscoop is veranderd van karakterisering en analyse heeft zich ontwikkeld tot in-situ experimenten en nano-zichtbare verwerking; Gefocusseerde ionenbundel (FIB) wordt steeds meer gebruikt in het wetenschappelijk onderzoek van nanomaterialen; De krachtigste tool voor nanoprototyping; het doel van corrigerende STEM (Titan): karakterisering van 3D-structuren met een resolutie van 0,5 A in 2008.
5. Cryo-elektronenmicroscopie en driedimensionale reconstructietechnologie zijn de huidige onderzoekshotspots in bio-elektronenmicroscopie. Cryo-elektronenmicroscopietechnologie en driedimensionale reconstructietechnologie zijn actuele onderzoekshotspots in bio-elektronenmicroscopie. Het bespreekt voornamelijk het gebruik van cryo-elektronenmicroscopie (waaronder ook de toepassing van cryo-elektronenmicroscopie op een koude stage met vloeibaar helium) en driedimensionale computerbeeldreconstructietechnologie om de biologische driedimensionale structuur van macromoleculen en hun complexen te bepalen. Zoals het gebruik van cryo-elektronenmicroscopie om de driedimensionale structuur van virussen te bepalen en de groei van tweedimensionale kristallen van membraaneiwitten op eenlaagse lipidemembranen en hun observatie en analyse met een elektronenmicroscoop. Structurele biologie heeft tegenwoordig veel aandacht van mensen, omdat de biologische wereld vanuit een systemisch oogpunt wordt bekeken en verschillende hiërarchische structuren heeft: individueel ® orgaan ® weefsel ® cel ® biomacromolecuul. Hoewel biomacromoleculen zich op het laagste niveau bevinden, bepalen ze de verschillen tussen systemen op hoog niveau. Driedimensionale structuur bepaalt functie. Structuur is de basis van toepassing: medicijnontwerp, genetische modificatie, onderzoek en ontwikkeling van vaccins, kunstmatige eiwitconstructie, enz. Sommige mensen voorspellen dat doorbraken in de structurele biologie revolutionaire veranderingen in de biologie zullen brengen. Elektronenmicroscopie is een van de belangrijke middelen voor structuurbepaling. De voordelen van elektronenmicroscopie bij lage temperatuur zijn: het monster bevindt zich in een waterhoudende toestand en de moleculen bevinden zich in een natuurlijke staat; omdat het monster wordt beschadigd door straling, moet een lage dosistechniek worden gebruikt voor observatie; de observatietemperatuur is laag, wat de stralingsweerstand van het monster verbetert; Monsters kunnen in verschillende toestanden worden ingevroren om veranderingen in moleculaire structuren waar te nemen. Door deze technieken komen de observatie- en analyseresultaten van verschillende biologische monsters dichter bij de werkelijke toestand.
6. Hoogwaardige CCD-camera's worden steeds populairder. De voordelen van CCD's die in elektronenmicroscopen worden gebruikt, zijn een hoge gevoeligheid, weinig ruis en een hoge signaal-ruisverhouding. Onder dezelfde pixel heeft CCD-beeldvorming vaak een goede transparantie en scherpte, en de kleurreproductie en belichting kunnen in principe nauwkeurig zijn. De beeldresolutie/resolutie van de camera is hoeveel pixels we vaak zeggen. In praktische toepassingen, de camera Hoe hoger de pixels, hoe beter de kwaliteit van het vastgelegde beeld. Voor dezelfde foto geldt: hoe hoger de pixels, hoe sterker de mogelijkheid om de afbeelding te analyseren, maar de hoeveelheid gegevens die wordt vastgelegd, zal veel groter zijn, dus de vereisten voor opslagapparaten zijn veel hoger. In het TEM-veld van vandaag zijn de nieuw ontwikkelde producten volledig computergestuurd en wordt de beeldacquisitie voltooid door een CCD-camera met hoge resolutie in plaats van een fotografische film. De trend van digitale technologie stimuleert de revolutie van TEM-toepassingen en zelfs het hele laboratoriumwerk vanuit alle aspecten. Vooral op het gebied van beeldverwerkingssoftware worden veel dingen die in het verleden als onmogelijk werden beschouwd, werkelijkheid.
